自舉電路的工作原理和經(jīng)典應(yīng)用

自舉電容的核心原理是：電容兩端電壓不能突變。

從這句話中，我們可以獲取到兩個(gè)關(guān)鍵字：兩端電壓、不能突變。

兩端電壓指的是電容一邊相對(duì)另一邊的電壓，我們知道電壓本身就是個(gè)參考值(一般認(rèn)定參考GND，認(rèn)定GND點(diǎn)平為0V)。

不能突變則指電容兩端電壓變化時(shí)，必然需要1個(gè)大于0s的時(shí)間。根據(jù)電容的公式I=C*dU/dt，得知，dU/dt=I/C，故電容兩端電壓從0升到VDD時(shí)，取決于電流和電容的比值。容值一定時(shí)，電流越大，電壓上升的越快。電流一定時(shí)，容值越小，電壓上升的越快。

簡(jiǎn)單的自舉電容模型?

假如，只有個(gè)6V的電源，但是我們想輸出12V的電壓，相對(duì)簡(jiǎn)單的方法就是應(yīng)用自舉電路，如下圖中的電路，(認(rèn)為器件均為理想模型)，二極管D1和電容C1就構(gòu)建了自舉電路。

1.A狀態(tài)為默認(rèn)狀態(tài)，此時(shí)開(kāi)關(guān)A閉合，開(kāi)關(guān)B斷開(kāi)，Q1導(dǎo)通，C1負(fù)極與地導(dǎo)通，電流從電源VDD出發(fā)，通過(guò)D1，經(jīng)過(guò)C1，經(jīng)過(guò)Q1，再流回電源VDD。達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，電容上端對(duì)地電壓為6V，下端對(duì)地電壓為0V。

2.當(dāng)開(kāi)關(guān)B閉合，開(kāi)關(guān)A斷開(kāi)，Q1截止，電容下端電壓與電源正極直連，此時(shí)電容下端對(duì)地電壓等于電源正極對(duì)地電壓，為6V。由于電容兩端電壓不能突變，電容上端相對(duì)電容下端，電壓為6V，電容下端相對(duì)地，電壓為6V。所以電容下端相對(duì)地，電壓成了12V。由于D1的反向截止作用，使得電容上端對(duì)地電壓可以保持在12V。

實(shí)際的模型中，由于反向二極管和MOS管均存在微弱的漏電，自舉電路需要不斷切換狀態(tài)來(lái)對(duì)自舉電容充放電，來(lái)保證電壓被長(zhǎng)時(shí)間抬起來(lái)。且自舉電路的供電能力取決于自舉電容的大小。

自舉電路的經(jīng)典應(yīng)用

在很多Buck或者Boost電源芯片的手冊(cè)中，我們都能看到自舉電容的應(yīng)用。我們打開(kāi)TI廠家的BQ25895充電芯片(內(nèi)含Buck)的器件手冊(cè)，如下，紅色框框中47nF電容即為自舉電容。

繼續(xù)往后看，打開(kāi)BQ25895的內(nèi)部框圖，就可以看到芯片內(nèi)部的自舉電路設(shè)計(jì)。如圖中，假設(shè)VBUS為5V，VREGN為電源輸出，輸出電壓小于5V，Q2和Q3導(dǎo)通條件為VGS > 4V。

首先你要明白，高電壓很容易產(chǎn)生低電壓(比如電阻分壓)，但是低電壓產(chǎn)生高電壓就需要額外的措施。所以下圖中，5V的VBUS輸入可以很容易產(chǎn)生低于5V的VREGN輸出。

那么在下圖中，我們可以看到，對(duì)于Q3而言，S極接地，G極電壓直接由VREGN驅(qū)動(dòng)，VREGN可以輕易產(chǎn)生小于5V的電壓在Q3的G極和S極，所以Q3很容易導(dǎo)通。

而對(duì)于Q2而言，由于S極未接地，若要保證Q2導(dǎo)通，則要求Q2的G極電壓必須比S極電壓高4V，才能滿足Q2 VGS>4V的條件。若S極電壓為0V，VREGN可以輕松導(dǎo)通。若S極為5V，則G極電壓必須為9V，而VREGN最大不超過(guò)5V，怎么辦呢?

自舉電路的作用就彰顯出來(lái)了。

還是如上圖，首先VREGN產(chǎn)生小于5V的電壓，讓Q3導(dǎo)通，同時(shí)VREGN通過(guò)二極管D，自舉電容C，以及導(dǎo)通的Q2構(gòu)成對(duì)地回路，電容C開(kāi)始充電，充電完成后，電容兩端電壓幾乎等于VREGN(忽略二極管D的導(dǎo)通壓降)，由于電容C并聯(lián)在Q2的G極和S極上，對(duì)于Q2來(lái)講，VGS兩端電壓同樣可以達(dá)到VREGN，從而使得Q2可以導(dǎo)通。